黄壁庄水库副坝塌坝段观测资料分析

齐建堂 刘明杰

(河北省黄壁庄水库管理局 鹿泉 050224)

1 工程概况

黄壁庄水库位于石家庄市西北滹沱河干流上，是一座重要的大(1)型水利枢纽工程，总库容12.1m3。水库于1958年动工修建，1960年蓄水，1965～1968年进行扩建，“96.8”洪水后，于1999～2005年进行了除险加固。水库枢纽建筑物主要由主坝、副坝、电站重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道和灵正渠穿坝涵管组成。水库正常蓄水位120m，设计洪水位125.84m。

副坝是黄壁庄水库的主要建筑物之一，坝型为水中填土均质坝，局部为碾压式均质土坝，坝长6907.30m，坝顶高程为129.2m，最大坝高19.2m，坝顶宽6.5m。副坝在建成初期就产生了许多隐患，几十年一直带病运行，除险加固时，副坝采取了垂直防渗墙措施加固，彻底消除了副坝的安全隐患。

副坝混凝土防渗墙位于坝轴线上游2.9m，桩号A0+840.00～A5+700.00 之间，墙体总长4860m，厚80cm，墙顶高程125.5m，最深达65m，墙底入岩深度1.0～2.0m，墙体材料采用普通混凝土，标号为C10W8，截渗面积27.15万m2。由于副坝地层地质条件复杂，坝体施工质量较差，防渗墙施工工艺与原有地质条件不相适应等原因，造成了在防渗墙施工中先后共发生过7 次塌坑，除5号塌坑位于桩号A2+848.00～A2+861.00 外，其余塌坑均发生在桩号A4+026.27～A4+360.00 之间，长度约330m的范围内，因此将该坝段称为塌坝段。

2 塌坝段渗流观测资料分析

2.1 塌坝段渗压计布置情况

副坝塌坝段A4+ 064.00、A4+ 088.70、A4+127.00、A4+316.00 等断面渗压计考证见表1。

表1 副坝塌坝段渗压计考证

续表

2.2 渗压计观测资料分析

2.2.1 渗压过程分析

根据实测资料绘制塌坝段各观测断面渗压过程线。

副坝A4+064.0 断面渗压水位过程线见图1。该断面防渗墙上游渗压水位变化趋势与库水位相似，下游渗压水位过程线随库水位的变化有所反映，但变化幅度较小，防渗墙防渗作用较明显。

图1 副坝A4+064.0m 断面渗压水位过程线

副坝A4+086.7 断面渗压水位过程线见图2。该断面上游3支渗压水位过程线变化趋势与库水位相似，且上游3支不同高程的渗压计(P0-1、P0-2、P0-3)水位十分接近，可能与该段所处的红土卵石层、卵石层及砂层的透水特性有关;下游渗压水位对库水位的变化略有反映，水位在95.3～100.8m 之间变化。

副坝A4+088.7 断面渗压水位过程线见图3。该断面下游3支渗压计(P0-8、P0-9、P0-10)渗压水位过程线变化趋势一致，且对库水位的变化略有反映，水位在95～100m 之间变化。P0-11 渗压计水位不随库水位变化而变化，水位一直为107.95m 左右，基本为渗压计埋设高程107.91m，分析原因可能是埋设位置较高，监测不到水位，反映出渗压水位亦为不真实水位。

图2 副坝A4+086.7m 断面渗压水位过程线

图3 副坝A4+088.7m 断面渗压水位过程线

副坝A4+127.00 断面渗压水位过程线见图4。该断面上游渗压水位与库水位过程线一致，下游渗压水位对库水位的变化也有相应反映，变幅在95～100m之间，上、下游渗压水位相差14m 以上，防渗墙作用明显。

副坝A4+316.00m 断面渗压水位过程线见图5。该断面防渗墙上游渗压计PS4-31 渗压水位与库水位变化相一致，下游3支渗压计渗压水位对库水位的变化也有相应反映，变幅在96.5～100m 之间。防渗墙上、下游渗压水位相差11m 左右，防渗墙防渗作用较明显。

图4 副坝A4+127.00m 断面渗压水位过程线

图5 副坝A4+316.00m 断面渗压水位过程线

2.2.2 防渗墙前后渗压水位对比

选择防渗墙施工完成后库水位相对较高、稳定时间较长的2004年10月库水位119.50m 时(接近水库正常蓄水位)，对各观测断面防渗墙前、后同高程的渗压水位进行对比分析，分析结果见表2。

表2 副坝防渗墙前后渗压水位对比(库水位119.50m)

续表

从表2 中可以看出，在库水位119.50m 时，副坝塌坝段各断面混凝土防渗墙上、下游测点水位差比较明显，一般渗压水位降低在14m 以上，对渗流水头的消减起到了很大的作用，说明防渗墙的防渗效果明显。

2.3 小结

a.大部分渗流监测仪器运行正常，监测资料能反映出埋设部位地下水的渗压状态，渗流规律正常。

b.混凝土防渗墙上游渗压水位对库水位具有相关反映，渗压水位过程线与库水位变化趋势十分相似，防渗墙下游渗压水位有明显降低且变幅较小。

c.副坝塌坝段各断面混凝土防渗墙后渗压水位下降明显，上、下游测点水位差一般在14m 以上，对渗流水头的消减起到了很大的作用，说明防渗墙的防渗效果明显。

3 塌坝段变形观测资料分析

3.1 变形观测设施布置

在塌坝段及其附近桩号A3+ 860.00、A4+088.00、A4+129.00、A4+314.00 等处布设了4个竖向位移监测断面，在每个监测断面的上游坝坡125.3m高程、坝顶下游坝肩及下游120.0m 高程各设一个测点。布设位置详见表3。

表3 塌坝段表面变形标点考证

另外，在塌坝段还布设了施工期临时沉降观测点，共布设3个监测断面，每个断面3个测点，共9个测点，以观测施工期塌坝段的沉降变形，现已作为永久竖向位移测点观测。该坝段坝面沉降点布设位置见下页表4。

3.2 变形观测资料分析

2006～2010年塌坝段各期竖向位移观测数据见下页表5。

表4 塌坝段坝面沉降点埋设考证

表5 塌坝段表面竖向位移统计表 单位:mm

由竖向位移量统计表看出，副坝存在下沉趋势，塌坝段尤其明显。从趋势上看，平行于坝轴线方向，塌坝段的竖向位移随桩号的增加而递减，以桩号A4+129.00 处的FS8-1(位于塌坝段坝顶路面)位移最大，2008年5月(平均库水位为113.06m)最大位移量为29.798mm，其次是A4+088.00 断面的FS7－1，最大位移量为24.57mm。在垂直于坝轴线方向，A3+800.00断面的沉降规律是坝肩处最大，而塌坝段是贴坡平台上游侧的竖向位移量最大，其次是坝肩和下游坝坡的竖向位移。塌坝段由于受深层复杂的地质、地层条件的变化以及施工措施影响，竖向位移量比其他部位大是正常的。2010年6月数据成果显示，所有测点的位移量均有抬升现象，可能与当期测量时库水位相对较低(最低时为109.70m)，而气温又相对偏高(当日气温29℃)有关。

塌坝段坝面点的沉降位移统计量见表6。

表6 塌坝段坝面沉降观测点位移量统计 单位:mm

从整个沉降数据分布看，平行于坝轴线方向，左端的沉降大于右端沉降，垂直于坝轴线方向，上游侧的沉降大于下游侧的沉降。最大沉降发生在桩号A4+067.70 断面，距坝轴线上游16.4m的EM01 点，2008年5月沉降量为42.49mm;从时间角度来看，基本上是2008年的沉降量最大，沉降速率在2006～2007年最大，为0.017mm/天，随时间推移，沉降速度变缓，各沉降点的沉降趋于平稳，沉降速率也越来越小，说明塌坝段表面的沉降逐渐趋于稳定。

3.3 小结

通过塌坝段表面变形观测资料分析看，塌坝段存在变形，且较其他坝段变形较大，这与其地质条件有关。但随着时间的推移，其变形逐渐趋于平缓，符合坝体变形规律。目前塌坝段变形比较稳定，该段坝体运行安全。

4 结 语

综上所述，经过对副坝塌坝段实测渗流、变形观测资料分析，塌坝段渗流稳定，防渗墙防渗效果显著;坝体存在位移，遵循变形规律，现发展缓慢，趋于平稳，无不均匀沉降，坝体的整体性较好。在正常蓄水位情况下，副坝塌坝段坝体变形基本稳定，坝基渗流是安全的。

但副坝塌坝段地质情况比较复杂，工程加固措施也不同于其他坝段，坝体新回填土厚达12m，虽经受了较高库水位的考验，但尚未遭遇高洪水位、库水位骤降等工况检验，需继续加强对该坝段监测，确保副坝工程安全运行。